Notas Técnicas
Medición de posición de forma no intrusiva en electro-posicionadores de válvulas.
Conozca las ventajas de utilizar en sus válvulas posicionadores neumáticos con medición no-intrusiva de la posición.
EFECTO DE MAGNETO-RESISTENCIA ANISOTRÓPICA
En 1857 William Thompson (Lord Kelvin) verificó que la resistividad eléctrica de los materiales ferromagnéticos como el níquel (Ni) y el hierro (Fe) dependía no sólo de la intensidad del campo magnético H, sino también del ángulo Ɵ formado por el vector de magnetización y el vector de la corriente aplicada en el material.
La resistividad será máxima cuando las direcciones sean paralelas (Ɵ = 0º; Ɵ = 180º) y será mínima para las direcciones perpendiculares (Ɵ = 90º; Ɵ = 270º). Éste fenómeno se denomina magnetorresistencia anisotrópica.
Ρll: Resistividad para vectores de campo H y corriente paralelos
ΡꞱ: Resistividad para vectores de campo H y corriente perpendiculares
Aplicado a un elemento resistivo:
R=R0 - ∆Rsin2 θ
R0: Resistencia del elemento de material ferromagnético sin campo aplicado
∆R: Máxima variación de resistencia para la intensidad de campo aplicado
Θ: Ángulo entre vectores de campo magnético H y de corriente I
Se observa que con un simple elemento resistivo puede discriminarse una rotación de 90°. El elemento sensor AMR puede ser activado tanto con el polo sur del imán como por el polo norte.
En el caso de que se trabaje el material ferromagnético en saturación, ∆R se mantiene prácticamente constante ante la variación de campo H, por lo que el sistema se vuelve prácticamente inmune a esa magnitud.
La variación de resistencia ∆R suele estar en el orden del 3%, por lo que para implementar un sensor se utilizan configuraciones de circuito de más de un elemento sensor, y además se recurre al uso de amplificadores de instrumentación.
SENSORES DE MAGNETO-RESISTENCIA ANISOTRÓPICA
Típicamente para la detección de posición con tecnología AMR se trabaja por detección de ángulo, a partir de un eje rotativo conectado a la válvula acoplado al imán permanente. En el caso de aplicaciones lineales se utilizan soportes de montaje especiales que se valen de levas para la conversión de movimiento. El sensor AMR utilizado en el posicionador trabaja en modo saturación.
Desde el punto de vista eléctrico el sensor se construye con elementos resistivos de material ferromagnético, típicamente aleaciones de Níquel (Ni) y Hierro (Fe) en configuración de puente de Wheatstone. La señal de salida se envía a un circuito amplificador. El sensor se construye con tecnología de película delgada.
El ángulo mecánico queda representado por la señal de salida del puente de Wheatstone para un dipolo magnético. Para ampliar el rango operativo a 180° se recurre a un arreglo de doble puente de Wheatstone ubicados sobre la pastilla rotados 45° entre sí. En la gráfica de amplitud vs ángulo mecánico se muestra la salida de ambos puentes.
Debido a que los elementos AMR responden al polo norte y polo sur por igual, sólo se requiere una rotación de 45° entre ambos puentes para que ambas señales presenten un desfasaje de 90°.
Debido a éste mecanismo se definen dos escalas, el ángulo magnético y el ángulo mecánico. El ángulo magnético se obtiene a partir del sgte cálculo:
En el sgte gráfico notamos que el ángulo magnético, y por ende la salida del sensor se repite dos veces en 360°, o sea que se obtiene un rango operativo del sensor de 180°. Además notamos que luego de aplicar el cálculo indicado arriba se obtiene una respuesta lineal.
CONCLUSIÓN
Los sistemas de medición de posición sin contacto presentan claras ventajas con respecto a los sistemas de contacto, como se mencionó anteriormente. De los sistemas sin contacto, los de tipo magnético son más inmunes a partículas y otros contaminantes presentes en los ambientes industriales.
Dado que los sensores HALL detectan cambios en la intensidad del campo magnético, pueden ser influenciado por campos magnéticos externos, y además variaciones de intensidad ocasionada por el movimiento del iman en la dirección normal a la cara del sensor.
Los sensores de tipo AMR presentan mayor sensibilidad y resolución que los de efecto Hall, y si se utilizan en la modalidad de saturación magnética, por detección del ángulo del campo magnético, pueden considerarse inmunes a la variación de intensidad de campo o influencia de campos magnéticos externos.
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